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  <title>【教程学习】WebGL中的三维部分 | renhao</title>
  








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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">【教程学习】WebGL中的三维部分</h1>
        

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        <blockquote>
<p>参考：<a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-3d-orthographic.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL三维正射投影</a> <a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-3d-perspective.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL三维透视投影</a> <a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-3d-camera.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL三维相机</a> <a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-animation.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL动画</a> <a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-3d-lighting-directional.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL 三维方向光源</a> <a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-3d-lighting-point.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL三维点光源</a> <a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-3d-lighting-spot.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL三维聚光灯</a> <a id="more"></a></p>
</blockquote>
<h3 id="正射投影"><a href="#正射投影" class="headerlink" title="正射投影"></a>正射投影</h3><p>二维中是二维的点（x,y），实现平移旋转缩放是3阶方阵，在三维中我们需要三维点（x,y,z），实现同样的效果需要4阶方阵。三维中的旋转分别有绕X轴、绕Y轴、绕Z轴三种方式，与二维绕Z轴的旋转方式没有本质区别。简单的实现过程与二维没有本质的区别，但要实现真正的三维效果，需要将平面图形拉伸为三维几何体，只需要将三维中的每个面都绘制出来并加上颜色。比如说绘制一个大写立体的F，就可以将F的16个矩形（32个三角形）都绘制出来，并配上不同的颜色，不经任何处理就会发现背面还有本不应该显示出来的部分都显示出来。</p>
<p>这里就有正面三角形与反面三角形的区别，正面三角形是逆时针方向，反面三角形是顺时针方向，可以通过<code>gl.enable(gl.CULL_FACE)</code>只绘制正面或者反面三角形，开启这个特性之后WebGL默认会“剔除”（不用绘制）背面三角形。WebGL判断正面与反面三角形是根据裁剪空间中的顶点顺序，也就是顶点着色器中运算后提供的结果。所以经过旋转180度或者沿X轴缩放-1之后，都会变成翻转，能否被绘制都会发生改变。</p>
<p>但即使三角形的朝向是正确的，背面的被剔除了，还是有些应该被遮挡看不到的部分显示了出来。这个时候涉及<code>DEPTH BUFFER</code>（深度缓冲），又叫做<code>Z-Buffer</code>，是一个存储像素深度的矩形，一个深度像素对应一个着色像素，在绘制图像时组合使用。深度像素的值基于顶点着色器返回的Z值，WebGL绘制一个像素之前会检查对应的深度像素，如果对应的深度像素的深度值小于当前像素的深度值，就不会绘制新的颜色，反之它会绘制片断着色器提供的新颜色并更新深度像素中的深度值，即在其他像素后面的像素（被遮挡的部分）不会被绘制。开启这个特性：<code>gl.enable(gl.DEPTH_TEST)</code>，开始绘制之前还要清除深度缓冲为1.0。</p>
<p>启用这两个特性之后就可以画出比较正常的三维图形。</p>
<h3 id="透视投影"><a href="#透视投影" class="headerlink" title="透视投影"></a>透视投影</h3><p>正射投影的三维方式比较形象，就是要通过旋转展示出来是一个立体（不旋转的话就不是很直观），而正常的三维方式是那种平面显示的，简单的说就是近大远小的效果（也是透视投影）。要实现近大远小，简单的做法就是将裁剪空间中的X和Y的值除以Z值，调整缩放的程度可以通过<code>fudgeFactor</code>因子与Z相乘。</p>
<p>关于设置<code>z</code>的值到某个范围的时候会使图形提前消失：这是因为<code>z</code>映射到裁剪空间小于<code>-1</code>的情况。解决方案：获取<code>z</code>的值，经过一定的处理，将任意范围的<code>z</code>映射到<code>-1</code>到<code>+1</code>的范围内。在对应的教程中采用的是矩阵变换的方法，假定观察位置为<code>0,0,0</code>，看向z轴负方向，y轴上方向，将以此围成的视锥空间转换到裁剪空间，这样就需要把物体放到视图范围之内。</p>
<h3 id="三维相机"><a href="#三维相机" class="headerlink" title="三维相机"></a>三维相机</h3><p>透视投影中将物体移动到视场中不是正确的方法，实际中是将相机移动到物体前。</p>
<p>将相机移动到物体前的做法从本质上来说还是移动物体，之前采用平移、旋转、缩放矩阵相乘得到物体最后的变换矩阵，现在对相机也是这样，计算相机到目标位置的矩阵后，计算它的逆矩阵，然后就可以不动相机，利用这个逆矩阵将物体从相反的方向移动到相机前。这样做只是将相机进行了平移和旋转，没能做到相机的焦点（就是在平移旋转过程中总是看向一个特定的位置），这就需要同时定义相机的朝向和位置。首先确定相机的位置，得到位置向量之后就很容易得到相机的朝向<code>zAxis</code>，知道上方后就可以用叉乘的方法得到相机的<code>xAxis</code>和<code>yAxis</code>。</p>
<h3 id="动画"><a href="#动画" class="headerlink" title="动画"></a>动画</h3><p>动画与WebGL的关系并不是很紧密，可以直接通过JavaScript实现动画，就是在绘制过程中每一帧旋转一点角度或者其他的操作，然后下一帧继续通过<code>requestAnimationFrame</code>调动绘制就可以。</p>
<blockquote>
<p><code>requestAnimationFrame()</code>方法告诉浏览器希望执行动画并请求浏览器在下一次重绘之前调用指定的函数来更新动画。这个方法的参数是一个回调函数，在浏览器重绘之前将调用这个回调函数。回调的次数通常是每秒60次，即浏览器每秒调用60次<code>requestAnimationFrame()</code>，但这个调用的次数与用户使用的设备有关。解决不同设备之间的帧率差异可以采用帧率独立的方法，就是计算两帧之间的时间，用这个时间来计算当前帧的动画量。<code>requestAnimationFrame()</code>方法会给回调函数传入一个参数，<code>DOMHighResTimeStamp</code>，指示当前被<code>requestAnimationFrame()</code>排序的回调函数被触发的时间。在回调函数中可以利用这个参数来计算时间差。</p>
</blockquote>
<h3 id="三维方向光源"><a href="#三维方向光源" class="headerlink" title="三维方向光源"></a>三维方向光源</h3><p>方向光：光照均匀地来自某一个方向</p>
<p>计算方向光：将方向光的方向和面的朝向点乘就可以得到两个方向的余弦值</p>
<p>法向量：三维图形学中法向量就是描述面的朝向的单位向量</p>
<p>可以把之前写颜色属性的部分删去，改为写法向量属性，在片断着色器中将法向量与光照方向点乘，然后将颜色部分与点乘所得光照结果相乘。如果法向量不改变的话，就会造成在物体旋转的时候光照并不发生变化，这个时候就要利用将向量与世界矩阵相乘来重定向法向量。</p>
<h3 id="点光源"><a href="#点光源" class="headerlink" title="点光源"></a>点光源</h3><p>点光源与方向光区别就在于光的方向，点光源的时候每个点都有一个不同的面到光源的矢量，这个矢量与该点法向量点乘后的结果就是光照值。</p>
<h3 id="三维聚光灯"><a href="#三维聚光灯" class="headerlink" title="三维聚光灯"></a>三维聚光灯</h3><p>聚光灯在点光源的基础上选定一点后制定一方向，其他光线方向与所选方向点乘，任意选择一个限定范围，判断光线是否在限定范围内。</p>

      
    </div>
    
    
    

    

    

    

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              <a href="/2018/12/10/webgl-partthree/" rel="next" title="【教程学习】WebGL二维中的一系列操作">
                <i class="fa fa-chevron-left"></i> 【教程学习】WebGL二维中的一系列操作
              </a>
            
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